Введение к работе
Актуальность исследования. Ключевая роль в патогенезе ишемических нарушений в различных органах и системах человеческого организма отводится тромбообразованию [Суслина, 2006; Чазов, 2008; Мирзоян, 2009; Сушкевич,2009; Князева, 2009;]. Известные к настоящему времени данные позволяют, без сомнения, утверждать, что, используя антиагрегантные и другие средства при различных проявлениях активации тромбоцитарного звена гемостаза, можно существенно уменьшить риск развития сердечно-сосудистых осложнений [Макаров, 2006; Воронина, 2006; Maree, 2007; Andiolillo, 2010; Петров, 2010; Тюренков, 2011; Недогода, 2011]. Поэтому антиагрегантная терапия является краеугольной проблемой современной кардиологии. Данная терапия включает препараты с доказанным высоким уровнем активности, которые убедительно продемонстрировали в многоцентровых исследованиях способность снижать риск развития острого коронарного синдрома и острую коронарную смерть [Терещенко, 2008; Geraldo, 2010; Flieri, 2010]. Основу современной антитромбоцитарной терапии составляют ацетилсалициловая кислота-ингибитор циклооксигеназы тромбоцитов, тиенопиридины-блокаторы P2Y12 рецепторов (клопидогрел, тиклопидин) и блокаторы гликопротеиновых рецепторов IIb/IIIa тромбоцитов для внутривенного применения (абциксимаб, эптифибатид, тирофибан), а также комбинация ацетилсалициловой кислоты с клопидогрелем [Чарная, 2009]. В настоящее время расширяются показания для применения антитромбоцитарных препаратов, уточняются сведения о специфичности их воздействия на отдельные стороны функции тромбоцитов. Однако необходимо отметить, что современные антиагрегантные средства не всегда отвечают требованиям, предъявляемым к ним в виду недостаточной эффективности и наличия большого количества побочных эффектов. Среди побочных эффектов особенно следует отметить способность антиагрегантов вызывать гастропатии, кровотечения, тромбоцитопеническую пурпуру [De Luca, 2009; Morini, 2010]. Другим фактором, ограничивающим применение антиагрегантных средств, является наличие у части больных резистентности к препаратам, характеризующейся отсутствием депрессии функции тромбоцитов и снижением антитромботического эффекта [ Santilli, 2009; Postula, 2010; Cattaneo 2011]. Поэтому поиск, изучение и создание новых антиагрегантных средств является актуальной задачей в решении проблемы предотвращения тромботических состояний.
Известно, что химический класс производных бензимидазола проявляет различные виды биологической активности и считается перспективным для разработки эффективных ингибиторов агрегации тромбоцитов [Спасов, 1997; Bandarage, 2009; Mуляр, 2009; Анисимова, 2010]. В исследованиях, проведенных ранее в Волгоградском государственном медицинском университете, установлена способность замещенных гетероциклических азотосодержащих систем подавлять агрегацию тромбоцитов, и накоплен опыт изучения соединений с антиагрегантной активностью [Спасов, 2006, 2009, 2010; Дудченко, 1997; Островский, 1999; Анисимова, 2009; Кучерявенко, 2005, 2010;]. Поэтому поиск потенциальных антитромбогенных средств среди производных бензимидазола является достаточно обоснованным.
Целью исследования явилось проведение направленного поиска, изучение эффективности и механизма антиагрегантного действия конденсированных производных бензимидазола, как нового класса антитромбогенных веществ.
Задачи исследования:
1. Разработать систему направленного поиска новых антиагрегантных соединений с использованием методов компьютерного прогноза.
2. Провести многоэтапный направленный поиск антиагрегантных веществ, среди замещенных производных гетероциклических азотсодержащих систем.
3. Провести анализ влияния типа ядра и заместителей, а также частотный анализ влияния физико-химических параметров на уровень антиагрегантной активности в перспективных классах конденсированных бензимидазолов.
4. Изучить влияние производных бензимидазола на тромбогенный потенциал крови крыс в норме и в условиях экспериментального сахарного диабета.
5. Провести углубленное изучение влияния активных соединений на рецепторные и пострецепторные механизмы регуляции активности тромбоцитов.
6. Виртуально изучить механизмы действия производных бензимидазола с использованием 3D-молекулярного моделирования методом сходства к препаратам-эталонам, а также с использованием докинга соединений-лидеров в сайты связывания биомишеней, отвечающих за антиагрегантную активность – кальмодулина, фосфодиэстеразы III типа, аденилатциклазы I типа и ТХА2-синтетазы.
7. Изучить фармакокинетику соединения РУ-254 при внутривенном введении.
8. Исследовать общетоксические свойства (острую и хроническую токсичность) соединения РУ-254 при внутривенном введении.
Научная новизна исследования. Впервые показано, что антиагрегантная активность производных бензимидазола зависит от их физико-химических свойств (стерических, липофильных и электронных параметров изучаемых соединений). Найдены значимые признаки высокого уровня антиагрегантной активности для класса новых замещенных гетероциклических азотосодержащих систем с использованием методов in silico.
Впервые показана способность соединения РУ-891 эффективно снижать тромбогенный потенциал крови на интактных животных и при экспериментальном диабете. Установлено, что основой антиагрегантной активности вещества РУ-891 является блокирование P2Y12 рецепторов тромбоцитов и снижение уровня ТХА2.
Для соединений РУ-254 и РУ-185 впервые выявлено влияние на тромбогенный потенциал крови, связанный с ингибирующим влиянием на уровень образования ТХА2, в условиях целого организма.
Впервые с использованием 3D-молекулярного моделирования методом сходства к препаратам-эталонам, а также с использованием докинга проведен анализ особенностей взаимодействия соединений-лидеров с наиболее вероятными белками-мишенями, отвечающими за антиагрегантную активность – кальмодулином, фосфодиэстеразой III типа, аденилатциклазой I типа и ТХА2-синтетазой.
Научно-практическая значимость. В результате экспериментального поиска новых веществ, ингибирующих процесс агрегации тромбоцитов, среди азотосодержащих гетероциклических соединений была сформирована база данных соединений, изученных на предмет данного вида активности. Созданная система комбинированного поиска in silico новых антиагрегантных соединений позволила осуществить выявление веществ с антиагрегантной активностью с последующей перепроверкой наличия данного вида активности в эксперименте in vitro и in vivo. В результате использования данной программы удалось существенно снизить материальные, временные и финансовые затраты, необходимые для проведения экспериментальных исследований по поиску новых потенциальных антиагрегантных средств.
Выявлено новое оригинальное вещество РУ-891, проявляющее выраженные антиагрегантные свойства, связанные с поливалентным механизмом действия. Данные об антитромбогенных свойствах соединения РУ-254, выявленные в настоящей работе, явились основанием для включения в протокол клинических исследований данного вида активности, что получило дальнейшее подтверждение в рамках III фазы клинических испытаний данного соединения у больных сахарным диабетом II типа.
При составлении протоколов клинических исследований антиоксидантного соединения РУ-185 необходимо изучать показатели тромбогенного потенциала крови.
Проведены фармакокинетические и токсикологические исследования соединения РУ-254 при внутривенном введении.
Реализация результатов исследования. Данные об антиагрегантной активности соединений, анализ влияния типа ядра, заместителей и физико-химических параметров на уровень антиагрегантной активности в перспективных классах конденсированных бензимидазолов используется при синтезе новых соединений в НИИ Физической и Органической Химии Южного Федерального Университета (г. Ростов). В работе НИИ фармакологии ВолгГМУ, кафедры фармакологии ВолгГМУ используется новый комплексный подход к изучению антиагрегантной активности веществ. Результаты работы включены в лекционные курсы на кафедрах фармакологии и биофармации ФУВ ВолгГМУ, на кафедрах фармакологии Саратовского, Ставропольского и Ростовского медицинских университетов.
Положения, выносимые на защиту
1.Среди изученных 14 классов конденсированных и неконденсированных производных бензимидазола наиболее активные антиагрегантные соединения встречаются в рядах производных N1,N3-имидазола, и N9-2,3-дигидро-имидазо[1,2-a]-бензимидазола.
2.Соединения РУ-891, РУ-254 и РУ-185 по выраженности антиагрегантного действия in vitro, превосходят препарат сравнения ацетилсалициловую кислоту (АСК) в 5,5, 2,7 и 2 раза соответственно, а в опытах in vivo в 8, 7,5 и 4,6 раза соответственно.
3.Антитромботическая активность соединения РУ-891, проявленная на экспериментальных моделях артериальных тромбозов, выше активности ацетилсалициловой кислоты (АСК) в 3 раза. Антидиабетогенное соединение РУ-254 по способности предотвращать образование тромбов превосходит препарат сравнения гликлазид в 2,4 раза, а антиоксидантное соединение РУ-185 - препарат мексидол в 3,1 раза.
4. Механизм антитромбогенного действия соединения РУ-891 определяется блокирующим влиянием на P2Y12 рецепторы тромбоцитов, снижением синтеза тромбоксана А2 (ТХА2) и уровня внутриклеточного кальция. Соединения РУ-254 и РУ-185 по механизму действия являются ингибиторами синтеза ТХА2.
5.Методический подход in silico, включающий информационные технологии компьютерного прогноза биологической активности химических соединений «PASS» и «Микрокосм», анализ сходства структур и докинг с целью поиска и изучения механизма действия новых антиагрегантных веществ, значительно оптимизирует проводимые исследования по выявлению новых потенциальных антитромботических средств в ряду конденсированных производных бензимидазола.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции по созданию и апробации новых лекарственных средств: «Лекарства-человеку» Харьков, 2000, на I межрегиональной научно-практической конференции с международным участием, Санкт-Петербург, 2001, на III съезде фармакологов России «Фармакология – практическому здравоохранению» Санкт-Петербург, 2007, на VII конференции «Гемореология и микроциркуляция (от функциональных механизмов в клинику) Ярославль, 2009, на VII всероссийской конференции с молодежной научной школой, Уфа, 2009, на 56-й региональной научно-практической конференции «Инновационные достижения фундаментальных и прикладных медицинских исследований в развитии здравоохранения Волгоградской области», Волгоград, 2010, на V диабетологическом конгрессе, Москва, 2010 , на II Международном Конгресс-Партнеринге и Выставке по биотехнологии и биоэнергетике «ЕвразияБио-2010», Москва, 2010, на XIV, XV, XVI, XVII, XVIII Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство», Москва, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 57 печатных работ, в том числе 20 статей, из которых 18 - статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получено 3 положительных решения на патенты на изобретения.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 312 страницах машинописного текста, иллюстрирована 53 таблицами, 42 рисунками, состоит из введения, обзора литературы (глава I), экспериментальной части (главы II-VII), обсуждения результатов, выводов и приложения. Список литературы включает 109 отечественных и 343 иностранных источника.
